CFRPコンポジットは、私たちの日常生活で使用されるさまざまな製品の製造で広く使用されている軽量で頑丈な材料です。

カーボンファイバーコンポジット(CFRP)とは?

炭素繊維強化複合材料は、炭素繊維複合材料と呼ばれ、炭素繊維を主な構成要素とする繊維強化複合材料を指す。なお、CFRP複合材の「P」は、「ポリマー」だけでなく「プラスチック」を表す場合もある。
一般に、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂は、CFRP複合材料によく使用されます。熱可塑性樹脂もCFRP複合材料で使用されますが、「炭素繊維強化熱可塑性複合材料」はCFRTP複合材料と呼ばれることが多く、英語名の炭素繊維強化熱可塑性複合材料の頭字語を表します。
複合材料を扱う場合、材料固有の用語と略語を理解することが重要です。ただし、さらに重要なことは、FRP複合材料と、炭素繊維などのさまざまな補強材の特性を理解することです。

炭素繊維複合材料の利点

炭素繊維強化複合材料は、ガラス繊維やアラミド繊維などの従来の繊維を使用する他のFRP複合材料とは異なり、CFRP複合材料の優れた特性は次のとおりです。

軽量

従来のガラス繊維強化複合材料は、70%(ガラス重量/総重量)の量の連続ガラス繊維を使用し、通常は立方インチあたり0.065ポンドです。

高強度

CFRP複合材料は、軽量にもかかわらず、ガラス繊維複合材料よりもCFRP複合材料の方が、単位重量あたりの強度と硬度が高くなります。
金属材料と比較すると、この利点はさらに顕著です。

たとえば、経験から、CFRP材料の重量は鋼と比較して等しい強度条件下では鋼の1/5にすぎないことがわかります。

すべての自動車メーカーが性能を向上させるために鋼ではなく炭素繊維の使用を研究している理由を想像してみてください。
CFRP複合材料を最軽量の金属の1つであるアルミニウムと比較すると、基本的な仮定によれば、アルミニウム材料の強度は炭素繊維本体の重量の約1.5倍です。

車で使用される炭素繊維複合材

もちろん、実験には比較結果に影響を与える可能性のある他の多くの変数があります。たとえば、材料のグレードと品質は異なり、配合プロセス、製造プロセス、繊維構造、および品質も考慮する必要があります。

炭素繊維複合材料の欠点

高コスト

CFRP複合材料の優れた性能にもかかわらず、炭素繊維が製品の製造に広く使用されていないのはなぜですか?
現在、CFRP複合材料の製造コストは高すぎる。現在の市場状況(需給)に応じて、炭素繊維の種類(航空宇宙用と商用グレード)、繊維束のサイズが異なり、繊維の価格も判断されます。

炭素繊維原料1ポンドあたりの価格は、ファイバーグラスの価格の5〜25倍です。鋼と比較して、CFRP材料の高コストはさらに顕著です。

導電率

これは、炭素繊維複合材料の利点としても、実際のアプリケーションの欠点としても使用できます。カーボンファイバーは非常に導電性が高く、ガラスファイバーは絶縁されています。多くの製品は、厳密な絶縁を必要とするため、炭素繊維や金属の代わりにガラス繊維を使用しています。
ユーティリティの生産では、多くの製品がグラスファイバーの使用を必要とします。たとえば、ラダーの製造では、ファイバーグラスをラダーとして使用します。これは、ファイバーグラスのラダーが電力線に接触しているときの感電の可能性が大幅に減少するためです。

カーボンファイバーラダーは非常に導電性が高く、その結果は想像を絶するものです。

炭素繊維複合材料の高コストにもかかわらず、技術の進歩に伴い、ますます高効率な製品がすぐ近くにあります。
おそらく生涯のうちに、私たちは、消費者市場、工業生産、自動車製造における高性能炭素繊維製品の幅広い用途を目にすることができるでしょう。

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